Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué es un potenciómetro?
Un potenciómetro (también conocido como una olla o potenciómetro ) se define como un 3 terminal de resistencia variable en el que la resistencia se varía manualmente para controlar el flujo de corriente eléctrica . Un potenciómetro actúa como divisor de voltaje ajustable .
¿Cómo funciona un potenciómetro?
Un potenciómetro es un componente electrónico pasivo . Los potenciómetros funcionan variando la posición de un contacto deslizante a través de una resistencia uniforme. En un potenciómetro, todo el voltaje de entrada se aplica en toda la longitud de la resistencia , y el voltaje de salida es la caída de voltaje entre el contacto fijo y deslizante, como se muestra a continuación.
Un potenciómetro tiene los dos terminales de la fuente de entrada fijos al final de la resistencia. Para ajustar el voltaje de salida, el contacto deslizante se mueve a lo largo de la resistencia en el lado de salida.
Esto es diferente a un reóstato , donde aquí un extremo está fijo y el terminal deslizante está conectado al circuito, como se muestra a continuación.
Este es un instrumento muy básico que se utiliza para comparar la fem de dos celdas y para calibrar amperímetro , voltímetro y vatímetro. El principio de funcionamiento básico de un potenciómetro es bastante simple. Supongamos que hemos conectado dos baterías en paralelo a través de un galvanómetro. Los terminales negativos de la batería están conectados entre sí y los terminales positivos de la batería también están conectados entre sí a través de un galvanómetro como se muestra en la siguiente figura.
Aquí, si el potencial eléctrico de ambas celdas de la batería es exactamente el mismo, no hay corriente circulante en el circuito y, por lo tanto, el galvanómetro muestra una deflexión nula. El principio de funcionamiento del potenciómetro depende de este fenómeno.
Ahora pensemos en otro circuito, donde una batería está conectada a través de una resistencia a través de un interruptor y un reóstato como se muestra en la siguiente figura.
La resistencia tiene la resistencia eléctrica uniforme por unidad de longitud en toda su longitud.
Por lo tanto, la caída de voltaje por unidad de longitud de la resistencia es igual en toda su longitud. Suponga que, al ajustar el reóstato, obtenemos una caída de voltaje de v voltios por unidad de longitud del resistor.
Ahora, el terminal positivo de una celda estándar se conecta al punto A de la resistencia y el terminal negativo de la misma se conecta con un galvanómetro. El otro extremo del galvanómetro está en contacto con la resistencia a través de un contacto deslizante como se muestra en la figura anterior. Al ajustar este extremo deslizante, se encuentra un punto como B donde no hay corriente a través del galvanómetro, por lo tanto, no hay deflexión en el galvanómetro.
Eso significa que la fem de la celda estándar está simplemente equilibrada por el voltaje que aparece en la resistencia en los puntos A y B. Ahora, si la distancia entre los puntos A y B es L, entonces podemos escribir la fem de la celda estándar E = Lv volt.
Así es como un potenciómetro mide el voltaje entre dos puntos (aquí entre A y B) sin tomar ningún componente de corriente del circuito. Esta es la especialidad de un potenciómetro, puede medir el voltaje con mayor precisión.
Tipos de potenciómetros
Hay dos tipos principales de potenciómetros:
- Potenciómetro giratorio
- Potenciómetro lineal
Aunque las características básicas de construcción de estos potenciómetros varían, el principio de funcionamiento de ambos tipos de potenciómetros es el mismo.
Tenga en cuenta que estos son tipos de potenciómetros de CC; los tipos de potenciómetros de CA son ligeramente diferentes.
Potenciómetros rotativos
Los potenciómetros de tipo rotativo se utilizan principalmente para obtener voltaje de suministro ajustable a una parte de circuitos electrónicos y circuitos eléctricos. El controlador de volumen de un transistor de radio es un ejemplo popular de un potenciómetro giratorio donde la perilla giratoria del potenciómetro controla el suministro al amplificador.
Este tipo de potenciómetro tiene dos contactos terminales entre los cuales se coloca una resistencia uniforme en un patrón semicircular. El dispositivo también tiene un terminal intermedio que está conectado a la resistencia a través de un contacto deslizante unido con una perilla giratoria. Girando la perilla se puede mover el contacto deslizante en la resistencia semicircular. El voltaje se toma entre un contacto final de resistencia y el contacto deslizante. El potenciómetro también se denomina POT en breve. POT también se utiliza en cargadores de baterías de subestaciones para ajustar el voltaje de carga de una batería. Hay muchos más usos del potenciómetro de tipo rotativo donde se requiere un control suave del voltaje.
Potenciómetros lineales
El potenciómetro lineal es básicamente el mismo, pero la única diferencia es que aquí, en lugar del movimiento giratorio, el contacto deslizante se mueve en la resistencia linealmente. Aquí, dos extremos de una resistencia recta están conectados a través del voltaje de la fuente. Se puede deslizar un contacto deslizante en la resistencia a través de una pista adjunta junto con la resistencia. El terminal conectado al deslizamiento está conectado a un extremo del circuito de salida y uno de los terminales de la resistencia está conectado al otro extremo del circuito de salida.
Este tipo de potenciómetro se utiliza principalmente para medir el voltaje en una rama de un circuito, para medir la resistencia interna de una celda de batería, para comparar una celda de batería con una celda estándar y en nuestra vida diaria, se usa comúnmente en el ecualizador. de sistemas de mezcla de música y sonido.
Potenciómetros digitales
Los potenciómetros digitales son dispositivos de tres terminales, dos terminales de extremo fijo y un terminal de limpiaparabrisas que se utiliza para variar el voltaje de salida.
Los potenciómetros digitales tienen varias aplicaciones, que incluyen calibrar un sistema, ajustar el voltaje de compensación, ajustar los filtros, controlar el brillo de la pantalla y controlar el volumen del sonido.
Sin embargo, los potenciómetros mecánicos adolecen de serias desventajas que los hacen inadecuados para aplicaciones donde se requiere precisión. El tamaño, la contaminación del limpiaparabrisas, el desgaste mecánico, la deriva de la resistencia, la sensibilidad a la vibración, la humedad, etc. son algunas de las principales desventajas de un potenciómetro mecánico. Por lo tanto, para superar estos inconvenientes, los potenciómetros digitales son más comunes en las aplicaciones, ya que proporcionan una mayor precisión.
Circuito de potenciómetro digital
El circuito de un potenciómetro digital consta de dos partes, primero el elemento resistivo junto con interruptores electrónicos y segundo el circuito de control del limpiaparabrisas. La siguiente figura muestra ambas partes respectivamente.
La primera parte es una matriz de resistencias, y cada nodo está conectado a un punto común W, excepto los extremos A y B, a través de un interruptor electrónico bidireccional. El terminal W es el terminal del limpiaparabrisas. Cada uno de los interruptores está diseñado con tecnología CMOS y solo uno de los interruptores de todos está en estado ENCENDIDO en un momento dado de la operación del potenciómetro.
El interruptor que está en ON determina la resistencia del potenciómetro y el número de interruptores determina la resolución del dispositivo. Ahora, el circuito de control controla qué interruptor se debe poner en ON. El circuito de control consta de un registro RDAC que se puede escribir digitalmente utilizando una interfaz como SPI, I 2 C, arriba / abajo o se puede controlar manualmente mediante botones pulsadores o un codificador digital . El diagrama de arriba muestra el de un potenciómetro digital controlado por botón. Un botón es para «ARRIBA» o aumentar la resistencia y el otro para «ABAJO», es decir, disminuir la resistencia.
Generalmente, la posición del limpiaparabrisas está en el interruptor del medio cuando el potenciómetro digital está apagado. Después de conectar la energía, dependiendo de nuestros requisitos, podemos aumentar o disminuir la resistencia mediante una operación adecuada con un botón. Además, los potenciómetros digitales avanzados también tienen una memoria incorporada que puede almacenar la última posición del limpiaparabrisas. Ahora bien, esta memoria puede ser de tipo volátil o de tipo permanente, dependiendo de la aplicación.
Por ejemplo, en el caso del control de volumen de un dispositivo, esperamos que el dispositivo recuerde el ajuste de volumen que usamos por última vez incluso después de que lo volvamos a encender. Por lo tanto, aquí es adecuado un tipo de memoria permanente como EEPROM. Por otro lado para los sistemas que recalibran la salida de forma continua y no es necesario restaurar el valor anterior, se utiliza una memoria volátil.
Ventajas de los potenciómetros digitales
Las ventajas de los potenciómetros digitales son:
- Mayor confiabilidad
- Mayor precisión
- Se pueden empaquetar múltiples potenciómetros de tamaño pequeño en un solo chip
- Deriva de resistencia insignificante
- No se ve afectado por condiciones ambientales como vibraciones, humedad, golpes y contaminación del limpiaparabrisas
- Sin parte móvil
- Tolerancia hasta ± 1%
- Disipación de potencia muy baja, hasta decenas de milivatios
Desventajas de los potenciómetros digitales
Las desventajas de los potenciómetros digitales son:
- No apto para entornos de alta temperatura y aplicaciones de alta potencia.
- Debido a la capacitancia parásita de los interruptores electrónicos, existe una consideración del ancho de banda que entra en escena en los potenciómetros digitales . Es la frecuencia de señal máxima que puede cruzar los terminales de resistencia con menos de 3 dB de atenuación en el limpiaparabrisas. La ecuación de transferencia es similar a la de un filtro de paso bajo .
- La no linealidad en la resistencia del limpiaparabrisas agrega una distorsión armónica a la señal de salida. La distorsión armónica total, o THD, cuantifica el grado en que la señal se degrada después de atravesar la resistencia .
Aplicaciones del potenciómetro
Hay muchos usos diferentes de un potenciómetro. Las tres aplicaciones principales de un potenciómetro son:
- Comparación de la fem de una celda de batería con una celda estándar
- Medir la resistencia interna de una celda de batería
- Medir el voltaje en una rama de un circuito
Comparación de EMF de celdas de batería
Uno de los usos principales de un potenciómetro es comparar la fem de una celda de batería con una celda de batería estándar. Tomemos una celda cuya fem se va a comparar con una celda estándar. El terminal positivo de la celda y el mismo de la celda estándar se unen con el extremo fijo de la resistencia del potenciómetro. El terminal negativo de ambas celdas se une con el galvanómetro a su vez a través de un interruptor de dos vías. El otro extremo del galvanómetro está conectado a un contacto deslizante en la resistencia. Ahora, al ajustar el contacto deslizante en la resistencia, se encuentra que la deflexión nula del galvanómetro viene para la primera celda con una longitud de L en la escala. Después de colocar el interruptor de dos vías en la segunda celda y luego de ajustar el contacto deslizante, se encuentra que la deflexión nula del galvanómetro viene para esa celda con una longitud de L1 en la escala. La primera celda es una celda estándar y su fem es E. La segunda celda es una celda desconocida cuya fem es E 1 . Ahora, según la explicación anterior, podemos escribir
Como se conoce la fem de la celda estándar, se puede determinar fácilmente la fem de la celda desconocida.
Medición de la resistencia interna de una celda de batería
En este proceso, se conecta una batería a través de la resistencia de un potenciómetro a través de un galvanómetro como se muestra en la figura siguiente. Una resistencia de valor conocido (R) se conecta a través de la batería a través de un interruptor. Primero, mantenemos el interruptor abierto y ajustamos el contacto deslizante de la resistencia del potenciómetro para hacer que la corriente del galvanómetro sea cero. Una vez que el galvanómetro muestra una desviación cero desde su punto nulo, tomamos la posición de la punta de contacto deslizante en la escala del resistor. Digamos que este es L 1 .
Ahora hacemos el encendido. En esa condición, una corriente circulante comienza a fluir a través de la celda de la batería, así como la resistencia (R). Como resultado, hay una caída de voltaje en la propia batería debido a su resistencia interna. Entonces, ahora el voltaje a través de la celda de la batería sería un poco menor que su voltaje de circuito abierto o fem de la celda. Ahora, nuevamente ajustamos el contacto deslizante en el transistor para hacer que la corriente del galvanómetro sea cero y una vez que se vuelve cero, la deflexión cero se indica en el galvanómetro, tomamos la posición de la punta del contacto deslizante en la escala del resistor y decimos que es L 2 .
La resistencia interna de la celda de la batería se puede averiguar utilizando la fórmula que se muestra a continuación.
Donde r es la resistencia interna de la celda de la batería.
Medición de voltaje por potenciómetro
El principio de medir el voltaje en una rama de un circuito con la ayuda de un potenciómetro también es simple. Aquí primero tenemos que ajustar el reóstato para ajustar la corriente a través de la resistencia de modo que cause una caída de voltaje específica por unidad de longitud de la resistencia. Ahora tenemos que conectar un extremo de la rama al comienzo de la resistencia y el otro extremo está conectado al contacto deslizante de la resistencia a través de un galvanómetro. Ahora tenemos que deslizar el contacto deslizante en la resistencia hasta que el galvanómetro muestre una deflexión cero. Cuando el galvanómetro llega a su condición nula, debemos tomar la lectura de la posición de la punta de contacto deslizante en la escala de la resistencia y, en consecuencia, podemos averiguar el voltaje en la rama del circuito, ya que ya hemos ajustado el voltaje por unidad de longitud. de la resistencia.
Reóstato vs potenciómetro
Un potenciómetro da voltaje variable. Un reóstato proporciona una resistencia variable. El potenciómetro es un dispositivo de tres terminales, mientras que un reóstato es un dispositivo de dos terminales. En cuanto a la construcción, ambos dispositivos tienen un aspecto similar, pero su principio de funcionamiento es completamente diferente. En el potenciómetro, dos terminales de la resistencia uniforme están conectados al circuito fuente. En el reóstato, solo un terminal de la resistencia uniforme está conectado al circuito y el otro extremo de la resistencia se mantiene abierto. Tanto en el potenciómetro como en el reóstato, hay un contacto deslizante en la resistencia.
En potenciómetro, la tensión de salida se toma entre contacto fijo y deslizante. En reóstato, la resistencia variable se logra entre terminal fijo y deslizante. La resistencia del potenciómetro se conecta a través del circuito. La resistencia del reóstato está conectada en serie con el circuito. El reóstato se usa generalmente para controlar la corriente ajustando la resistencia con la ayuda de un contacto deslizante. En el potenciómetro, el voltaje se controla ajustando el contacto deslizante en la resistencia.
tat, la resistencia variable se logra entre terminal fijo y deslizante. La resistencia del potenciómetro se conecta a través del circuito. La resistencia del reóstato está conectada en serie con el circuito. El reóstato se usa generalmente para controlar la corriente ajustando la resistencia con la ayuda de un contacto deslizante. En el potenciómetro, el voltaje se controla ajustando el contacto deslizante en la resistencia.
Celda de controlador de potenciómetro
El potenciómetro mide el voltaje comparando el voltaje de medición con el voltaje a través de la resistencia del potenciómetro. Entonces, para el funcionamiento del potenciómetro, debe haber una fuente de voltaje conectada a través del circuito del potenciómetro. Esta celda para proporcionar esta fuente de voltaje para impulsar el potenciómetro se llama celda impulsora. La celda del controlador entrega la corriente a través de la resistencia del potenciómetro. El producto de esta corriente y la resistencia del potenciómetro proporciona el voltaje de escala completa del dispositivo. Al ajustar este voltaje, se puede cambiar la sensibilidad del potenciómetro. Esto se hace normalmente ajustando la corriente a través de la resistencia. La corriente que fluye a través de la resistencia es controlada por un reóstato conectado en serie con la celda del controlador.
Sensibilidad del potenciómetro
La sensibilidad de un potenciómetro implica qué pequeña diferencia de voltaje puede medir el potenciómetro. Para el mismo voltaje del controlador, si aumentamos la longitud de la resistencia del potenciómetro, aumenta la longitud de la resistencia por unidad de voltaje. Por lo tanto, aumenta la sensibilidad del potenciómetro. Entonces podemos decir que la sensibilidad de un potenciómetro es directamente proporcional a la longitud de la resistencia. Nuevamente, si reducimos el voltaje del controlador para una longitud fija de resistencia del potenciómetro, entonces también disminuye el voltaje por unidad de longitud de la resistencia. Por tanto, de nuevo aumenta la sensibilidad del potenciómetro. Entonces, la sensibilidad del potenciómetro es inversamente proporcional al voltaje del controlador.
